पाणी-आधारित शाईचा विकास आणि पर्यावरणपूरक जल-आधारित पॉलीयुरेथेन इंक्सचा अभ्यास

वायू प्रदूषण ही फार पूर्वीपासून एक प्रमुख चिंतेची बाब आहे, धुळीच्या वादळांसारख्या नैसर्गिक घटनांबरोबरच VOCs सारख्या विषारी वायूचे उत्सर्जन महत्त्वाचे आहे. पर्यावरण संरक्षणाविषयी जागरूकता वाढत असताना आणि विविध राष्ट्रीय धोरणे लागू होत असताना, मुद्रण उद्योग, एक प्रमुख VOC उत्सर्जक, अपरिहार्य सुधारणांचा सामना करत आहे. परिणामी, पर्यावरणास अनुकूल मुद्रण शाई जागतिक मुद्रण उद्योग संशोधनात एक केंद्रबिंदू बनली आहे. उपलब्ध इको-फ्रेंडली शाईंपैकी, पाणी-आधारित शाई, ऊर्जा-उपचार करण्यायोग्य शाई आणि वनस्पती तेल-आधारित शाई, पाणी-आधारित शाई सर्वात जास्त वापरली जातात. पाणी-आधारित शाईमध्ये सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्सचे प्रमाण कमी असते, ज्यामुळे VOC उत्सर्जन कमी होते आणि पर्यावरण संरक्षण तत्त्वांशी संरेखित होते. तथापि, पाणी-आधारित शाईमध्ये देखील तोटे आहेत जसे की हळू कोरडे आणि बरे होण्याच्या वेळा आणि खराब पाणी आणि अल्कली प्रतिरोध, पारंपारिक औद्योगिक शाईमध्ये त्यांचा वापर मर्यादित करते. अशा प्रकारे, राळ सुधारणेद्वारे या कमकुवतपणा सुधारणे हे एक महत्त्वपूर्ण लक्ष बनले आहे. या पेपरमध्ये पाणी-आधारित शाईचा विकास आणि वापर, राळ बदलांचा अभ्यास, जल-आधारित पॉलीयुरेथेन वापरून शाई छापण्यावरील संशोधनातील प्रगती आणि या क्षेत्रातील भविष्यातील संभावनांची रूपरेषा दिली आहे.

• प्रायोगिक

1. पाणी-आधारित शाईचा विकास

छपाईच्या शोधाबरोबरच शाईचा मोठा इतिहास आहे. 1900 मध्ये लिथॉल रेड पिगमेंटचा परिचय झाल्यानंतर, शाई मोठ्या प्रमाणावर पसरली, ज्यामुळे देशांना शाई संशोधनात गुंतवणूक करण्यास प्रवृत्त केले. पाणी-आधारित शाई ही शाईच्या व्यावहारिकतेसाठी उच्च मागणीमुळे उद्भवणारी व्युत्पन्न आहे. 1960 च्या दशकात परदेशात जल-आधारित शाईवर संशोधन सुरू झाले, प्रामुख्याने मुद्रण दर वाढवण्यासाठी आणि पेट्रोलियम-आधारित कच्च्या मालावरील अवलंबित्व कमी करण्यासाठी. या शाईंनी त्यावेळच्या छपाईच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी बेंझिन आणि शेलॅक किंवा सोडियम लिग्नोसल्फोनेट सारखी सेंद्रिय संयुगे मुख्य सामग्री म्हणून वापरली. 1970 च्या दशकात, संशोधकांनी कोर-शेल आणि नेटवर्क स्ट्रक्चरसह पॉलिमर इमल्शन रेझिन विकसित केले ज्यामध्ये स्टायरीनसह ॲक्रेलिक मोनोमरचे पॉलिमरायझेशन केले, पर्यावरणीय आवश्यकता पूर्ण करताना शाईची चमक आणि पाण्याची प्रतिकारशक्ती राखली. तथापि, पर्यावरणविषयक जागरूकता वाढल्याने आणि कठोर पर्यावरणीय कायदे लागू केल्यामुळे, शाईमधील बेंझिन-आधारित सेंद्रिय पदार्थांचे प्रमाण कमी झाले. 1980 च्या दशकापर्यंत, पश्चिम युरोपीय देशांनी "ग्रीन इंक प्रिंटिंग" आणि "नवीन वॉटर-बेस्ड इंक प्रिंटिंग" च्या संकल्पना आणि तंत्रज्ञानाची ओळख करून दिली.

चीनच्या शाई उद्योगाची सुरुवात किंग राजवंशाच्या उत्तरार्धात चलनाच्या उत्पादनासह झाली, 1975 पर्यंत आयात केलेल्या शाईवर जास्त अवलंबून राहून, जेव्हा टियांजिन इंक फॅक्टरी आणि गंगू इंक फॅक्टरी यांनी प्रथम घरगुती पाणी-आधारित ग्रेव्हूर शाई विकसित केली आणि तयार केली. 1990 च्या दशकापर्यंत, चीनने 100 पेक्षा जास्त फ्लेक्सो प्रिंटिंग उत्पादन ओळी आयात केल्या होत्या, जल-आधारित शाईचा वापर वेगाने वाढवला होता. 2003 मध्ये, चायना इंडस्ट्रियल टेक्नॉलॉजी रिसर्च इन्स्टिट्यूटने यशस्वीरित्या संबंधित उत्पादने विकसित केली आणि 2004 च्या सुरुवातीला शांघाय मीड कंपनीने जपानी आणि जर्मन मानकांनुसार पूर्णतः पाण्यावर आधारित, कमी-तापमानाची थर्मोसेटिंग शाई तयार केली. 21 व्या शतकाच्या सुरुवातीस जल-आधारित शाईवरील चीनच्या संशोधनात जलद विकास झाला असला तरी, पाश्चात्य देशांनी आधीच लक्षणीय प्रगती साधली आहे: युनायटेड स्टेट्समध्ये सुमारे 95% फ्लेक्सो उत्पादने आणि 80% ग्रॅव्हर उत्पादने पाण्यावर आधारित शाई वापरतात, तर यूके आणि जपानने अन्न आणि फार्मास्युटिकल पॅकेजिंगसाठी पाणी-आधारित शाई स्वीकारली. तुलनेने चीनचा विकास मंद होता.

बाजाराला आणखी प्रोत्साहन देण्यासाठी, चीनने मे 2007 मध्ये पहिले पाणी-आधारित शाई मानक सादर केले आणि 2011 मध्ये "ग्रीन इनोव्हेशन डेव्हलपमेंट" ची वकिली केली, ज्याचे उद्दिष्ट पाणी-आधारित शाईने सॉल्व्हेंट-आधारित शाई बदलण्याचे आहे. छपाई उद्योगासाठी 2016 च्या "13 व्या पंचवार्षिक योजना" मध्ये, "पाणी-आधारित पर्यावरण सामग्रीवरील संशोधन" आणि "ग्रीन प्रिंटिंग" हे मुख्य लक्ष केंद्रीत होते. 2020 पर्यंत, ग्रीन आणि डिजिटल प्रिंटिंगच्या राष्ट्रीय जाहिरातीमुळे पाणी-आधारित शाई बाजाराचा विस्तार झाला.

2. पाणी-आधारित शाईचा वापर

20 व्या शतकाच्या सुरुवातीस, युनायटेड स्टेट्सने प्रथम फ्लेक्सो प्रिंटिंगमध्ये पाणी-आधारित शाई लागू केली. 1970 च्या दशकापर्यंत, विविध पॅकेजिंग पेपर्स, जाड बुकशेल्फ आणि पुठ्ठ्यासाठी उच्च-गुणवत्तेचे पाणी-आधारित ग्रॅव्हर शाई मोठ्या प्रमाणावर वापरले जात होते. 1980 च्या दशकात, परदेशात चकचकीत आणि मॅट स्क्रीन प्रिंटिंग वॉटर-आधारित शाई विकसित करण्यात आल्या, ज्याने त्यांचा वापर फॅब्रिक्स, पेपर, पीव्हीसी, पॉलिस्टीरिन, ॲल्युमिनियम फॉइल आणि धातूंमध्ये विस्तार केला. सध्या, त्यांच्या इको-फ्रेंडली, गैर-विषारी आणि सुरक्षित वैशिष्ट्यांमुळे, पाणी-आधारित शाई मुख्यतः तंबाखू पॅकेजिंग आणि पेय बाटल्यांसारख्या अन्न पॅकेजिंग प्रिंटिंगमध्ये वापरली जातात. जसजसे पर्यावरणीय कायदे सुधारत आहेत, तसतसे पाणी-आधारित शाईचा वापर वैविध्यपूर्ण आणि तीव्र होत आहे. चीन देखील छपाई उद्योगात त्यांच्या वापराला उत्तरोत्तर प्रोत्साहन देत आहे.

• परिणाम आणि चर्चा

1. राळ बदलांवर संशोधन

शाईची कार्यक्षमता राळ फरकांमुळे प्रभावित होते. साधारणपणे, पाण्यावर आधारित शाईचे रेजिन हे विशेषत: पॉलीयुरेथेन, सुधारित ॲक्रेलिक इमल्शन किंवा पॉलीॲक्रेलिक रेजिन असतात. पाणी-आधारित पॉलीयुरेथेन (WPU) रेजिन, उत्कृष्ट ग्लॉससह, पॅकेजिंग प्रिंटिंगमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. अशा प्रकारे, पाणी-आधारित शाईची पर्यावरण मित्रत्व आणि चमक सुधारण्यासाठी WPU कार्यप्रदर्शन वाढवणे हे मुद्रण उद्योगात लक्ष केंद्रित केले आहे.

2. पाणी-आधारित पॉलीयुरेथेन बदलणे

पाणी-आधारित पॉलीयुरेथेन, कमी-आण्विक-वजन असलेल्या पॉलीओल्सने बनलेले, पॉलिस्टर, पॉलिथर आणि हायब्रिड प्रकारांमध्ये वर्गीकृत केले जाऊ शकते. पॉलिस्टर आणि पॉलिथर पॉलिमरच्या विविध गुणधर्मांवर आधारित, त्यांची ताकद आणि स्थिरता बदलते. सामान्यतः, पॉलिएथर पॉलीयुरेथेनमध्ये पॉलिस्टर पॉलीयुरेथेनपेक्षा कमी ताकद आणि स्थिरता असते परंतु उच्च-तापमानाचा प्रतिकार अधिक चांगला असतो आणि ते हायड्रोलिसिसला कमी प्रवण असतात. उदाहरणार्थ, पॉलीथिलीन ग्लायकोल मोनोमिथाइल इथर वापरून शाईची "सुसंगतता" वाढवल्याने त्याची सहनशीलता वैशिष्ट्ये सुधारतात. तथापि, हा केवळ एक संदर्भ मुद्दा आहे. विविध संशोधन संस्था WPU चे विशिष्ट पैलू वाढवण्यासाठी वेगवेगळ्या पद्धतींचा अवलंब करतात.

उदाहरणार्थ, 2010 मध्ये, शाईची चिकटपणा आणि आसंजन समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी उच्च कडकपणा आणि प्रभाव शक्तीसह इपॉक्सी रेजिन निवडले गेले, ज्यामुळे शाईची ताकद वाढते. 2006 मध्ये, बीजिंग केमिकल युनिव्हर्सिटीने प्रकाशित केलेल्या अभ्यासात इथिलीन ग्लायकोल-आधारित पॉलीयुरेथेनचा वापर लांब मऊ सेगमेंटसह एक विशेष राळ तयार करण्यासाठी केला गेला, ज्यामुळे शाईची लवचिकता सुधारली आणि अप्रत्यक्षपणे पाणी-आधारित शाई मजबूत झाली. काही संघ रासायनिक पदार्थ जोडून सुधारित परिणाम प्राप्त करतात: WPU सुधारण्यासाठी सिलिका किंवा ऑर्गेनोसिलिकॉन समाविष्ट करून, परिणामी शाईची तन्य शक्ती वाढते. कार्बोक्सिल-टर्मिनेटेड ब्यूटाडीन नायट्रिल पॉलीयुरेथेनचा वापर शाई झुकण्याची कार्यक्षमता आणि चिकटपणा सुधारण्यासाठी, अधिक जटिल वातावरणाशी जुळवून घेण्यासाठी केला जातो.

अशाप्रकारे, संशोधक सामान्यत: शाईच्या गुणधर्मांवर आधारित विशिष्ट पॉलिस्टर्स निवडतात, उष्णता-प्रतिरोधक पॉलिस्टर पॉलीओलचे संश्लेषण करण्यासाठी योग्य पॉलीॲसिड्स आणि पॉलीओल्सचा वापर करतात, मजबूत आसंजन असलेले ध्रुवीय गट सादर करतात, पॉलीयुरेथेन क्रिस्टलिनिटी सुधारण्यासाठी योग्य कच्चा माल निवडतात आणि डब्ल्यूपीयू वाढवण्यासाठी कपलिंग एजंट वापरतात. ओलावा आणि उष्णता प्रतिकार.

3. पाणी प्रतिरोधक बदल

शाई मुख्यतः बाह्य पॅकेजिंगसाठी वापरली जात असल्याने आणि वारंवार पाण्याशी संपर्क साधत असल्याने, खराब पाण्याच्या प्रतिकारामुळे कमी कडकपणा, चमक आणि शाई सोलणे किंवा नुकसान देखील होऊ शकते, ज्यामुळे स्टोरेज कार्यक्षमतेवर लक्षणीय परिणाम होतो. WPU पाणी प्रतिरोधकता सुधारणे, मटेरियल म्हणून चांगले पाणी प्रतिरोधक असलेले पॉलीओल वापरून इंक स्टोरेज कार्यक्षमता वाढवते. उदाहरणार्थ, ऍक्रेलिक मोनोमर्ससह WPU मध्ये बदल करणे किंवा इपॉक्सी राळ सामग्री समायोजित केल्याने शाई पाण्याचा प्रतिकार सुधारू शकतो.

मानक पॉलीयुरेथेन बदलण्यासाठी उच्च-पाणी-प्रतिरोधक पॉलिमर वापरण्याव्यतिरिक्त, संशोधक इच्छित परिणाम साध्य करण्यासाठी अनेकदा सेंद्रिय किंवा अजैविक पदार्थ जोडतात. उदाहरणार्थ, नॅनोस्केल सिलिका राळमध्ये समाविष्ट केल्याने पाण्याचा प्रतिकार आणि ताकद वाढते, ही शाई उत्पादनात मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाणारी पद्धत आहे. "इमल्शन कॉपोलिमरायझेशन पद्धत" पाणी प्रतिरोधक क्षमता सुधारण्यासाठी संमिश्र PUA तयार करते, तर पॉलीथिलीन ग्लायकोल मोनोमेथाइल इथर मॉडिफिकेशन आणि ऑर्गनोसिलिकॉन-सुधारित WPU च्या एसीटोन संश्लेषण यांसारख्या पद्धती पाण्याचा प्रतिकार वाढवतात.

4. उच्च-तापमान प्रतिकार बदल

सामान्यतः, WPU चा उच्च-तापमान प्रतिरोध तुलनेने कमकुवत असतो, ज्यामुळे पाणी-आधारित शाईची उष्णता प्रतिरोधकता मर्यादित होते. पॉलिथर पॉलीयुरेथेनमध्ये सामान्यत: डबल बॉन्ड्सच्या संख्येमुळे पॉलिस्टर पॉलीयुरेथेनपेक्षा उच्च-तापमान प्रतिरोधक क्षमता असते. पॉलिमरायझेशन मोनोमर्स म्हणून लाँग-चेन पॉलिमर किंवा बेंझिन रिंग एस्टर/इथर्स जोडल्याने पॉलिमर उच्च-तापमान प्रतिरोध आणि परिणामी, पाण्यावर आधारित शाईची उष्णता प्रतिरोधक क्षमता सुधारते. लाँग-चेन पॉलीथर पॉलीयुरेथेन वापरण्याव्यतिरिक्त, काही संघ जटिलता वाढवण्यासाठी आणि उच्च-तापमान प्रतिरोध वाढवण्यासाठी संमिश्र सामग्री वापरतात. उदाहरणार्थ, DMPA, पॉलिथर 220, आणि IPDI मधून संश्लेषित WPU मध्ये नॅनो टिन ऑक्साईड अँटीमोनी जोडल्याने शाईचे थर उष्णता शोषून घेण्यास सक्षम करतात, उच्च-तापमान प्रतिकार सुधारतात. पॉलीयुरेथेनमध्ये सिलिका एअरजेल जोडल्याने थर्मल चालकता देखील कमी होते आणि शाईची उष्णता प्रतिरोधकता वाढते.

5. स्थिरता बदल

WPU स्थिरता जल-आधारित शाई संचयन कार्यक्षमतेवर लक्षणीय परिणाम करते. पाणी आणि उच्च-तापमान प्रतिकार याशिवाय, आण्विक वजन आणि संरचना व्यवस्था महत्त्वपूर्ण आहे. आण्विक संरचनेत अधिक हायड्रोजन बंधांमुळे पॉलिस्टर रेजिन्स सामान्यत: पॉलिथर रेजिनपेक्षा अधिक स्थिर असतात. मिश्रित पॉलीयुरेथेन तयार करण्यासाठी एस्टर पदार्थ जोडल्याने स्थिरता वाढते, जसे की सुधारित स्थिरता आणि घर्षण प्रतिरोधकतेसह दुहेरी-घटक WPU तयार करण्यासाठी आयसोसायनेट आणि सिलेन फैलाव वापरणे. उष्मा उपचार आणि शीतलक अधिक हायड्रोजन बंध तयार करू शकतात, आण्विक व्यवस्था घट्ट करू शकतात आणि WPU स्थिरता आणि पाणी-आधारित शाई साठवण कार्यक्षमता वाढवू शकतात.

6. आसंजन सुधारणा

WPU ऑप्टिमाइझ केल्याने पाण्याचा प्रतिकार, उच्च-तापमान प्रतिरोध आणि स्थिरता सुधारते, WPU अजूनही आण्विक वजन आणि ध्रुवीयतेमुळे पॉलिथिलीन (PE) प्लास्टिक उत्पादनांना खराब चिकटून दाखवतात. सामान्यतः, समान ध्रुवीयता आणि आण्विक वजनाचे पॉलिमर किंवा मोनोमर्स WPU सुधारण्यासाठी आणि नॉन-ध्रुवीय पदार्थांना पाणी-आधारित शाई चिकटून वाढवण्यासाठी जोडले जातात. उदाहरणार्थ, पॉलिव्हिनायल क्लोराईड-हायड्रॉक्सीथिल ऍक्रिलेट रेझिनसह सह-पॉलिमराइझिंग WPU शाई आणि कोटिंग्जमधील जलरोधक चिकटपणा सुधारते. WPU मध्ये ऍक्रेलिक पॉलिस्टर राळ जोडल्याने एक अद्वितीय आण्विक लिंक रचना तयार होते, ज्यामुळे WPU आसंजन लक्षणीयरीत्या वाढते. तथापि, या पद्धती ग्लॉससारख्या मूळ शाईच्या गुणधर्मांवर परिणाम करू शकतात. म्हणून, औद्योगिक तंत्रे शाईचे चिकटपणा सुधारण्यासाठी गुणधर्मांमध्ये बदल न करता सामग्रीवर उपचार करतात, जसे की इलेक्ट्रोडसह पृष्ठभाग सक्रिय करणे किंवा शोषण वाढविण्यासाठी अल्पकालीन ज्वाला उपचार.

• निष्कर्ष

सध्या, पाणी-आधारित शाई अन्न पॅकेजिंग, फार्मास्युटिकल पॅकेजिंग, कार्यशाळा, पुस्तके आणि इतर कोटिंग्ज किंवा छपाई अनुप्रयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते. तथापि, त्यांच्या अंतर्निहित कार्यक्षमतेच्या मर्यादा व्यापक अनुप्रयोगांना प्रतिबंधित करतात. सुधारित राहणीमानासह पर्यावरण आणि सुरक्षितता जागरुकता वाढत असताना, पाणी-आधारित इको-फ्रेंडली शाई जे VOC उत्सर्जन कमी करत आहेत, अधिक प्रमाणात सॉल्व्हेंट-आधारित शाई बदलत आहेत, पारंपारिक सॉल्व्हेंट-आधारित शाई बाजारांना आव्हान देत आहेत.

या संदर्भात, भविष्यातील जल-आधारित शाईच्या विकासासाठी नॅनोटेक्नॉलॉजी आणि सेंद्रिय आणि अजैविक संयुगांचे संकरीकरण यासारख्या नाविन्यपूर्ण पद्धतींद्वारे पाणी-आधारित रेजिन, विशेषत: जल-आधारित पॉलीयुरेथेनमध्ये बदल करून शाईची कार्यक्षमता वाढवणे महत्त्वपूर्ण आहे. त्यामुळे, विस्तीर्ण ऍप्लिकेशन्ससाठी पाणी-आधारित शाईची कार्यक्षमता वाढविण्यासाठी राळ बदलांवर अधिक व्यापक संशोधन आवश्यक आहे.